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PEUT-ON CHANGER LE PASSÉ ?

Alain Connes: le passé bouge encore

La question de savoir s’il est possible de modifier le passé est encore plus délicate que l’influence hypothétique du futur sur le présent.

Elle implique non seulement la rétrocausalité, mais aussi une remise en question encore plus profonde de notre conception du temps, puisqu’elle entraîne de facto la possibilité de changer ce qui semble être déjà réalisé. Étrange ?

Il faut être prudent avec ce genre d’idée qui nous vient de la mécanique quantique: une branche de la physique dont on s’aperçoit par l’expérience, qu’elle pourrait décrire un type de réalité non observable qui se comporte très différemment du type de réalité – par définition observable – dans laquelle nous sommes plongés quotidiennement. Notre réalité observable pourrait seule être sujette aux lois restrictives de la causalité, alors que cette autre réalité englobant la notre ne le serait pas.

Bien que l’on puisse relativiser les conclusions hypothétiques de la mécanique quantique, il n’en reste pas moins qu’il serait imprudent de fermer la porte à l’idée que le présent pourrait changer le passé, surtout si l’on prend en compte la connexion entre réalité classique et réalité quantique.

Sur la page “Le futur influence-t-il le présent ?” nous avons cité les propos du Professeur Scott Aaronson qui argumente sur la possibilité de changer les conditions initiales de l’univers. Une conclusion qui présente l’intérêt de fournir un nouveau regard sur le principe anthropique; son raisonnement reste cependant fondé sur l’hypothèse du libre arbitre.

Dans ce qui suit, nous entrons cette fois-ci dans un domaine proprement ”mainstream”, bien qu’il n’en soit pas moins fantastique. Nous allons tout d’abord présenter l’expérience de la gomme quantique non causale, qui semble achever définitivement la causalité dans le monde quantique.

Un monde où les évènements seraient indépendants de l’espace et du temps, comme l’avait déjà souligné Antoine Suarez à l’issue de son expérience de 2001 qui, selon son expression, “a enterré le temps”. Nous présentons ensuite un article publié dans “Nature Communications” qui ouvre la voie vers la faisabilité d’une messagerie bidirectionnelle entre deux personnes, Alice et Bob, présents au même endroit … mais en différents instants du temps.

L’expérience de la gomme quantique non causale

Ci-contre, l'expérience de gomme quantique avec un interferomètre de Mach-Zehnder © Dipartimento di Astronomia, Università di Padova *** La question de savoir si un objet quantique se comporte comme une onde ou comme une particule dépend, selon l’interprétation de Copenhague, du choix des appareils de mesure utilisés pour observer le système et donc du type de mesure effectuée.

L’équipe de physiciens d’Anton Zeilinger de l’Université de Vienne et de l’Académie autrichienne des sciences a poussé en 2012 ce phénomène beaucoup plus loin.

Le fait qu’un photon se comporte comme une particule ou comme une onde, dépend dans leur nouvelle expérience de la mesure effectuée sur un deuxième photon, séparé du premier de telle façon qu’aucun transfert d’information ne puisse avoir lieu de l’un à l’autre, sauf à dépasser la vitesse de la lumière.

Pourtant le premier photon continue de se comporter comme une onde ou comme une particule, suivant la mesure effectuée sur le second. Bien que les résultats de ces expériences soient pleinement compatibles avec la physique quantique, une explication en termes de causalité est impossible. Car selon la théorie de la relativité d’Einstein, tout transfert de l’information ne peut se faire qu’à une vitesse inférieure à la vitesse de la lumière (Remarque: si tel n’était pas le cas la causalité serait toujours violée).

Leur article est paru dans le journal renommé “Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)”:

<< Quantum erasure with causally disconnected choice >>

(Gomme quantique avec choix causalement déconnecté)

Mais cette expérience va encore plus loin. Elle reprend le principe de l’expérience de la gomme quantique à choix retardé où la décision du choix de la méthode de mesure, (qui détermine si le photon se comporte comme une onde ou comme une particule) n’est prise qu’après que le photon soit entré dans un séparateur où il peut avoir deux trajets.

Pourquoi l’appelle t-on “gomme quantique” ? Parce qu’en choisissant de détecter le photon en sortie du séparateur, on peut déterminer quel chemin il y a pris parmi les deux possibles. Or on peut également choisir de ne pas le détecter en le laissant interférer avec lui-même et se comporter comme une onde détectée sur un interféromètre, auquel cas il aura pris les deux chemins à la fois. Ce choix pouvant être réalisé après que le photon soit sorti du séparateur, cela veut dire que l’on peut gommer le passé quantique du photon pour le remplacer par un autre passé.

Dans toutes les expériences antérieures de gomme quantique et/ou de choix retardé, la possibilité que le choix de la mesure ait une influence causale sur l’observation réelle subsistait malgré tout. La transmission non détectée et involontaire d’une information plus lentement que la lumière subsistait, ne serait-ce qu’en principe. Or dans cette nouvelle expérience, cette possibilité résiduelle d’une explication causale mal comprise est désormais écartée.

<< Notre travail réfute l’opinion selon laquelle un système quantique pourrait, à un certain moment dans le temps, se comporter définitivement soit comme une onde, soit comme une particule, car cela nécessiterait une communication plus rapide que la lumière. Aussi je pense que cette opinion doit être abandonnée complètement. Dans un certain sens, les évènements quantiques doivent être considérés comme indépendants de l’espace et du temps >> a déclaré Anton Zeilinger.

La physique bientôt prête pour le dialogue avec “l’Ange” ?

Ce titre issu de mon imagination est à la mesure de l’article incroyable que je vais présenter maintenant. Publié par “Nature Communications”, il remet en question la causalité, cette fois-ci très sérieusement puisqu’il ouvre la voie vers la faisabilité d’une messagerie bidirectionnelle entre le présent et le futur:

Quantum correlations with no causal order

Il a été commenté avant sa sortie par la presse universitaire de Vienne et par les auteurs eux-mêmes:

Quantum causal relations: A causes B causes A

Je ne peux pas oeuvrer mieux que de vous en faire la traduction, tout à fait édifiante:

<<L’un des concepts les plus profondément enracinés dans la science et dans notre vie quotidienne est la causalité: l’idée que les événements dans le présent sont causés par les événements du passé et, à leur tour, agissent comme des causes de ce qui se passe dans le futur. Si un événement A est la cause d’un effet B, alors B ne peut pas être la cause de A. Or les physiciens théoriciens de l’Université de Vienne et l’Université Libre de Bruxelles ont montré qu’en mécanique quantique, il est possible de concevoir des situations dans lesquelles un événement unique peut être à la fois une cause et un effet d’un autre évènement. Les résultats sont publiés cette semaine dans “Nature Communications”. >>

Bien que l’on ne sache pas encore si de telles situations peuvent être trouvées dans la nature, la pure possibilité qu’ils puissent exister peut avoir de profondes répercussions sur les fondements de la mécanique quantique, de la gravité quantique et de l’informatique quantique.

Relations causales: Qui influence qui ?

Dans la vie quotidienne et dans la physique classique, les événements sont ordonnés dans le temps: une cause peut seulement influencer un effet dans l’avenir et non pas dans le passé.

Comme exemple simple, imaginons une personne, Alice, qui entre dans une pièce et y trouve un morceau de papier. Après avoir lu ce qui est écrit sur le papier Alice efface le message puis laisse son propre écrit sur le morceau de papier. Une autre personne, Bob, entre dans la même pièce à un autre moment et fait la même chose: il lit, efface et ré-écrit un certain message sur le papier. Si Bob pénètre dans la chambre après Alice, il sera en mesure de lire ce qu’elle a écrit, mais Alice n’aura pas la chance de connaître le message de Bob. Dans ce cas, l’écriture d’Alice est la «cause», et ce que Bob lit est «l’effet».

À chaque fois que les deux répétent la procédure, un seul sera capable de lire ce que l’autre a écrit. Même si ces deux personnes n’ont pas de montres et ne savent pas qui est entré le premier dans la pièce, elles peuvent le déduire de ce qu’elles écrivent et lisent sur le papier. Par exemple, Alice pourrait écrire “Alice était ici aujourd’hui», de sorte que si Bob lit le message, il saura qu’il est venu à la chambre après elle.

Violation Quantique de l’ordre causal:

Tant que l’on se réfère aux lois de la physique classique, l’ordre des événements est fixé: soit c’est Bob soit c’est Alice qui est respectivement le premier ou la première à entrer dans la salle et laisser un message pour l’autre personne. Cependant, quand la mécanique quantique entre en jeu la situation peut changer radicalement.

Selon la mécanique quantique, les objets peuvent perdre leurs propriétés classiques bien définies, comme par exemple une particule qui peut être à deux endroits différents en même temps. En physique quantique c’est ce qu’on appelle une “superposition”.

Maintenant, une équipe internationale de physiciens dirigée par Caslav Brukner de l’Université de Vienne a montré que même l’ordre causal des événements pourrait être dans une telle superposition. Si – dans notre exemple – Alice et Bob ont un système quantique au lieu d’un simple morceau de papier pour écrire leurs messages, ils peuvent se retrouver dans une situation où chacun d’entre eux peut lire une partie du message écrit par l’autre. En effet, on a une superposition de ces deux situations: “Alice entre dans la pièce en premier et laisse un message avant Bob» et «Bob entre dans la pièce en premier et laisse un message avant Alice”.

“Une telle superposition, cependant, n’a pas été prise en compte dans la formulation standard de la mécanique quantique puisque la théorie suppose toujours un certain ordre causal bien défini entre les événements“, déclare Ognyan Oreshkov de l’Université Libre de Bruxelles (anciennement Université de Vienne). “Mais si nous croyons que la mécanique quantique régit tous les phénomènes, il est naturel de s’attendre à ce que l’ordre des événements puisse aussi être indéterminé, de façon similaire à l’emplacement d’une particule ou sa vitesse“, ajoute Fabio Costa de l’Université de Vienne.

Ce travail représente une étape importante vers la compréhension de ce qu’un ordre causal déterminé pourrait bien ne pas être une propriété obligatoire de la nature. «Le véritable défi est de trouver où dans la nature nous devrions chercher des superpositions d’ordres de causalité“, explique Caslav Brukner de l’optique quantique, Quantum Nanophysique, le groupe informatique quantique de l’Université de Vienne.>>

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Il se dégage aujourd’hui de plus en plus clairement en conclusion, si l’on considère tous ces résultats récents de la physique quantique, ainsi que ceux que nous avons cités sur la page “le futur influence-t-il le présent ?”, que la causalité semble étroitement limitée à notre monde classique observable. Lequel serait englobé dans un monde quantique de potentialités où les évènements seraient indépendants de l’espace et du temps.

Notre futur étant par nature une partie de l’espace-temps où ne règnent que des potentialités, il est donc tout à fait envisageable que s’il est déjà réalisé, alors les changements qui l’affectent peuvent se produire dans un certain désordre temporel.

Le passé bouge encore

Alain Connes est mathématicien, professeur au Collège de France, titulaire de la chaire d’Analyse et Géométrie, membre de l’Académie des sciences et de plusieurs académies étrangères dont la National Academy of Sciences des États-Unis. Il a obtenu la médaille Fields en 1982, l'équivalent du prix Nobel pour les mathématiciens.

Il est l'auteur principal d'un livre paru en 2013 intitulé << Le Théâtre quantique >> et sous-titré: << L'horloge des anges ici bas >>, anagramme parfait de "Le boson scalaire de Higgs". Ecoutez Alain Connes parler de son livre en déclarant qu'avec ses co-auteurs, ils étaient comme trois coureurs cyclistes en train de gravir un col.

De quel col peut-il bien s'agir ? Ma réponse en fin de page vous apparaitra évidente après lecture des extraits ci-dessous.

Ce livre est un roman qui met en scène une brillante physicienne prénommée Charlotte, dont les idées ébranlent son équipe du CERN à qui elle les dévoile. Elles remettent tout d'abord en question notre conception du temps, lequel serait une illusion d'origine purement thermodynamique (liée à l'information si vous préférez). Jusque là, tout va bien, car l'idée que le temps n'existe pas est déjà largement partagée dans sa communauté scientifique (dont fait partie Carlo Rovelli, présent dans le livre). Le souci est que d'après l'héroïne d'Alain Connes, la mécanique quantique aurait pour conséquence un passé aussi incertain que le futur. Pire encore, un passé instable qui pourrait encore changer, ce qui ne manque pas d'inquiéter ses collègues qui ont peur qu'elles les divulgue: il faut éviter par tous les moyens qu'elles n'arrivent aux oreilles des journalistes !

En voici quelques extraits qui mentionnent cette problématique:

Page 51, l'héroïne Charlotte tente d'expliquer à son ami intime les fondements de l'idée qu'elle a eu en rentrant d'un voyage:

- ... peu de temps après l'épisode dont tu parles [une discussion entre Bohr et Einstein], Einstein a écrit un article avec deux autres physiciens dans lequel il montre, disons, que << le quantique nous prédit non seulement un futur incertain, mais aussi un passé incertain >> !

- j'admet volontiers que les principes de la mécanique quantique limitent la possibiité de prédire, par exemple, la trajectoire future d'une particule, mais que le passé ne puisse être décrit avec précision me laisse perplexe.

- C'est pourtant bien ce qu'ils montrent, toujours à l'aide d'une "expérience de pensée". Ils en concluent que la mécanique quantique implique une incertitude sur les évènements passés entièrement analogue à l'incertitude sur le futur !

- Diable ! Un passé qui bouge encore ! ...

- Bien sur, je sais que ce n'est pas facile à intégrer...

- Je propose un verre de Margaux pour faciliter l'intégration.

...

Page 96, Charlotte expose ses idées à son équipe du CERN.

Elle leur parle du classeur vert de son père, de certaines suggestions visionnaires qu'il contenait. Elle synthétise le Big Broson, l'horloge à bosons, l'aléa quantique, le passé incertain, l'altération possible de ce passé. Les chercheurs sortent du bureau ébahis, la tête leur tourne. Il est plus 13heures.

- Quelle séance ! On peut dire qu'elle a l'esprit de synthèse la patronne ! s'exclame Picci.

Cervantes a surtout retenu la notion de passé incertain, et d'altération possible de ce passé. Son visage est grâve, soucieux. Le programme scientifique de Charlotte l'inquièterait-il ?

...

Page 114, le commissaire chargé d'une enquète criminelle songe à rechercher des archives sur un certain épisode de l'histoire:

A propos d'archives, il repense à 1984 paru en 1949, roman de science-fiction pour l'occident, roman réaliste pour les pays de l'est de l'époque. On y trafiquait allègrement le passé, on récrivait l'histoire en fonction des petits arrangements nécessaires aux dirigeants. Il y avait des fonctionnaires chargée de cette tâche toujours recommencée. Pour le lecteur, ces procédés donnaient la nausée, on avait l'impression d'être absorbé par des sables mouvants sur le point d'engloutir tous les repères. A quoi se raccrocher si le passé bougeait encore, se dérobant, à peine croyait-on pouvoir prendre appui sur lui ?

...

Page 118, le commissaire questionne une troisième suspecte du crime, qui pour des raisons religieuses considère que Charlotte a dépassé les bornes:

- les bornes ?

- Oui, l'histoire du monde est un éternel recommencement, un immense cycle controlé par les dieux et...

- En quoi consistent ces bornes auxquelles vous venez de faire allusion ?

- Eh bien, le chercheur scientifique peut tout s'autoriser tant qu'il n'intervient pas dans le déroulement du cycle.

- ... Vous voulez dire que, récemment, on a dépassé les limites ?

- Je le pense.

- Quand a eu lieu cette... rupture ?

- Lorsque Mme D (Charlotte)., ces derniers temps, nous a fait part de ses projets - l'orgueil scientifique commencait à l'aveugler.

- Vous n'étiez pas d'accord avec ses projets ?

- Pas du tout ! Elle comptait, si j'ai bien compris, intervenir dans le déroulement du cycle controlé par les dieux, perturber le temps : oui, perturber le temps ! Cela va à l'encontre des décrets divins.

...

Page 135, un membre de l'équipe de Charlotte se confie au commissaire:

- Le mois dernier, Charlotte a réuni son équipe. Elle nous a fait un exposé mi-philosophique mi-scientifique, qui m'a pas mal perturbé. La physicienne hors pair qu'elle était nous a éblouis, comme d'habitude, par des suggestions originales et prometteuses. Mais les idées principales, les idées d'ensemble, étaient... je ne sais pas comment les qualifier. En tout cas, si elles étaient diffusées telles quelles, elles susciteraient dans la communauté scientifique un scepticisme quasi général; un scepticisme, ou peut-être pire: un immense éclat de rire. Et cela, nous devons l'éviter par tous les moyens.

- Voulez vous dire que ces idées étaient utopiques, à la limite de la science ?

- Je pense que ses idées avaient un véritable fondement scientifique, mais comme toute découverte révolutionnaire, elles se prétaient facilement à une caricature dont les journalistes se seraient emparés sans aucun scrupule...

- Quelles étaient ces idées tellement hétérodoxes de Charlotte et en gros, quelles étaient leurs implications ?

- Tout simplement une remise en question de la stabilité du passé, rien que cela !

- Si c'est le cas, je comprend votre inquiétude, mais j'aimerais en savoir plus. Après tout, notre civilisation, notre logique, l'histoire, l'archéologie reposent toutes sur notre croyance d'un passé fixe une fois pour toutes.

- Je n'ai pas entièrement compris les explications de Charlotee, sauf que le quantique remet tout en question.

- Donc je n'ai aucune chance de comprendre, mais je vois mal comment on pourrait s'accomoder d'un passé qui conduirait à des contradictions avec le présent. Cela est interdit par la causalité.

- Oui, l'esprit humain est ainsi fait qu'il cherche constamment à reconstruire un passé plausible. La mécanique quantique nous enseigne, par exemple avec les expériences du choix retardé de John Weeler, que cette vision du monde est une simple approximation de la réalité. Cela marche parfaitement pour les phénomènes microscopiques, mais ne s'applique plus dans le quantique.

- Parce que le quantique c'est le microscopique, si je vous suis bien ?

- Oui, mais justement Charlotte pensait avoir trouvé un moyen d'amplifier des effets microscopiques pour les rendre macroscopiques.

Mes commentaires:

Comment ne pas vous conseiller de lire ce livre écrit par un illustre chercheur qui est allé visiter le col de l'Ange, ce fameux col d'où l'on voit l'espace-temps bouger, aussi bien dans le futur que dans le passé ?

Alain Connes exprime par son livre l'immense difficulté culturelle qu'il peut y avoir à envisager une re-création du passé. C'est pourtant la mécanique quantique qui nous conduit à l'envisager, et selon mon point de vue personnel il s'agit d'une conséquence de l'indéterminisme macroscopique, valable dans les deux sens du temps.